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Die Erfindung betrifft eine variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors, die die Phase eines Einlassventils oder Auslassventils variiert.
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Zahlreiche in Kraftfahrzeuge eingebaute Hubkolbenmotoren weisen eine variable Ventilvorrichtung zum Ändern der Phasen eines Einlassventils und Auslassventils auf, was durch Maßnahmen gegen Motorabgasemissionen, Senkung des Kraftstoffverbrauchs u. ä. begründet ist.
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Viele solcher variablen Ventilvorrichtungen nutzen einen Aufbau, bei dem die Phase einer auf einer Nockenwelle gebildeten Nocke durch eine oszillierende bzw. Schwenknocke ersetzt ist, bei der eine Grundkreiszone und eine Hubzone Bereiche abdecken. Speziell kommt ein Aufbau zum Einsatz, bei dem ein Schwenkbereich der Schwenknocke geändert wird, wodurch eine Ventilöffnungsdauer und ein Ventilhubbetrag des Einlassventils und Auslassventils, die über einen Kipphebel angesteuert werden, kontinuierlich variiert werden.
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Zur Pumpverlustverbesserung ist ein Aufbau in der
JP 2003-239712 A vorgeschlagen, bei dem ein Übertragungshebel zwischen einer Nocke und einer Schwenknocke eingefügt und der Übertragungshebel durch eine Steuerwelle schwenkbar gelagert ist.
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Insbesondere wird der Übertragungshebel durch die Drehverschiebung der Steuerwelle bewegt. Eine Kontaktposition des Übertragungshebels und der Nocke wird durch Bewegen des Übertragungshebels geändert. Durch Ändern der Kontaktposition des Übertragungshebels und der Nocke werden die Ventilkennwerte, d. h. Ventilöffnungsdauer, Ventilöffnungs-/-schließzeit und Ventilhubvolumen, kontinuierlich variiert.
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Bei einer solchen variablen Ventilvorrichtung ist bekannt, dass im Motorbetrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl eine Kraft zum Ansteuern eines Einlassventils oder Auslassventils durch eine positive Beschleunigungszone eines Nockenhubs kurz nach Öffnen des Ventils und kurz vor Schließen des Ventils groß wird.
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Wie die
JP2003-239712 A offenbart, werden in den meisten variablen Ventilvorrichtungen, die einen Übertragungshebel verwenden, eine Ventilansteuerkraft beim Öffnen des Ventils und eine Reaktionskraft, die auf einen Kontaktpunktabschnitt einer Schwenknocke und einen Kontaktpunktabschnitt einer Nocke beim Schließen des Ventils wirkt, auf einen Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels in gleicher Richtung im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl ausgeübt.
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Im Aufbau, bei dem die resultierende Kraft dieser Kräfte auf den Schwenkdrehpunkt wirkt, ist ein zusätzlicher Lastbetrag groß. Wird die Kraft zum Ansteuern des Ventils groß u. ä., wirkt daher leicht eine übermäßige Last auf den Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels.
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Wirkt eine übermäßige Last auf die Steuerwelle, tritt insbesondere eine Torsionsverformung in der Steuerwelle auf. Daher ist zu befürchten, dass voreingestellte Ventilkennwerte, d. h. Ventilhubbetrag u. ä., nicht reproduziert werden können. Ferner ist ein Stellglied mit ausreichend großer Kapazität und Größe erforderlich, um ein Drehmoment zur Überwindung eines übermäßigen Drehmoments zu erzeugen.
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Im Fall eines Mehrzylindermotors, bei dem Ventilkennwerte jedes Zylinders durch eine gemeinsame Steuerwelle variiert werden, neigt insbesondere der Einfluss der Torsionsverformung der Steuerwelle dazu, größer in den vom Stellglied entfernten Zylindern als in den Zylindern nahe dem die Steuerwelle drehenden Stellglied zu werden.
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Daher treten in den Mehrzylindermotoren Unterschiede im Ventilhubbetrag und in der Ventilöffnungsdauer zwischen den Zylindern auf, und es kommt zu unterschiedlichen Verbrennungsbedingungen zwischen den Zylindern, was Vibrationen im Motor verursacht, die Ausgabe beeinträchtigt und den Kraftstoffverbrauch erhöht.
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Angesichts dessen müssen in diesen variablen Ventilvorrichtungen Gegenmaßnahmen durch Verwendung eines starken Schwenkdrehpunkts, der gegenüber übermäßiger Last beständig ist, und einer sehr starren Steuerwelle getroffen werden.
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Durch diese Gegenmaßnahmen wird aber der Aufbau der variablen Ventilvorrichtung kompliziert, und zudem wird der Aufbau um die Steuerwelle einschließlich bzw. mit der Steuerwelle groß.
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Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine variable Ventilvorrichtung eines Verbrennungsmotors mit einfachem und kompaktem Aufbau bereitzustellen, wobei eine auf einen Schwenkdrehpunkt einer Übertragungswelle wirkende Last im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl beschränkt wird.
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Diese Aufgabe kann mit den in den Ansprüchen festgelegten Merkmalen gelöst werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe kommt insbesondere gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Konfiguration zum Einsatz, bei der in einem Betrieb eines Verbrennungsmotors mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl ein Schwenkdrehpunkt eines Übertragungshebels und eine Drehmitte einer Steuerwelle zwischen einer Richtung einer Komponente, die eine Steuerwelle mit Maximallast dreht, die im Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels auftritt, wenn eine Schwenknocke in Ventilöffnungsrichtung schwenkt, und einer Richtung einer Komponente angeordnet sind, die eine Steuerwelle mit dazu entgegengesetzter Maximallast dreht, die auftritt, wenn die Schwenknocke in Ventilschließrichtung schwenkt.
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Bei diesem Aufbau sind im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl die Drehmitte der Steuerwelle und der Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels zwischen einer Richtung einer Komponente, die die Steuerwelle mit einer Last dreht, die im Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels auftritt, wenn die Schwenknocke in Ventilöffnungsrichtung schwenkt, und einer Richtung einer Komponente angeordnet, die die Steuerwelle mit einer dazu entgegengesetzten Last dreht, die auftritt, wenn die Schwenknocke in Ventilschließrichtung schwenkt. Somit wirkt im Betrieb die resultierende Kraft aus der Ventilansteuerkraft und ihrer Reaktionskraft erfindungsgemäß nicht auf den Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels, sondern eine beliebige Last der Kräfte wirkt abwechselnd.
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Folglich ist es durch eine einfache Anordnung und einen einfachen Aufbau des Schwenkdrehpunkts des Übertragungshebels und der Steuerwelle möglich zu verhindern, dass eine übermäßige Last in Drehrichtung der Steuerwelle auf den Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels im Betrieb mit hohem Hub und hoher Drehzahl wirkt. Dadurch läßt sich verhindern, dass ein übermäßiges Drehmoment in der Steuerwelle im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl auftritt.
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Als Ergebnis ist es möglich, die auf den Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels und die Steuerwelle wirkende Beanspruchung zu unterdrücken, und ferner kann das Randgebiet der Steuerwelle einschließlich bzw. mit der Steuerwelle kompakt gestaltet sein. Weiterhin läßt sich das Stellglied zum Betätigen der Steuerwelle kompakt gestalten. Zusätzlich wird die in der Steuerwelle auftretende Torsionsverformung unterdrückt, weshalb es möglich ist, voreingestellte Ventilkennwerte zu reproduzieren. Infolge dessen werden die Ausgabe eines Verbrennungsmotors und der Kraftstoffverbrauch verbessert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind eine Lastrichtung, die auf den Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels wirkt, wenn sich das Einlassventil oder Auslassventil nahe seinem Maximalhub befindet, und eine den Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels und die Drehmitte der Steuerwelle verbindende Linie im wesentlichen parallel zueinander.
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Bei diesem Aufbau sind im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl die Drehmitte der Steuerwelle und der Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels problemlos zwischen einer Richtung einer Komponente, die die Steuerwelle mit einer Last dreht, die im Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels auftritt, wenn die Schwenknocke in Ventilöffnungsrichtung schwenkt, und einer Richtung einer Komponente angeordnet, die die Steuerwelle mit einer dazu entgegengesetzten Last dreht, die auftritt, wenn die Schwenknocke in Ventilschließrichtung schwenkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist neben der o. g. Aufgabe zur Verringerung der Beanspruchung einer gemeinsamen Steuerwelle in einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern und einem Aufbau, der die gemeinsame Steuerwelle an mindestens zwei Zylindern verwendet, der Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels an einer Position angeordnet, an der eine Richtung eines Drehmoments der Steuerwelle, das auftritt, wenn die Schwenknocke des nächsten Zylinders in Ventilöffnungsrichtung schwenkt, umgekehrt zu einem Drehmoment der Steuerwelle wird, das auftritt, wenn die Schwenknocke des aktuellen Zylinders in Ventilschließrichtung schwenkt.
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Bei diesem Aufbau können im Fall der Steuerung einer variablen Ventilvorrichtung mit Hilfe einer gemeinsamen Steuerwelle für jeden Zylinder die Drehmomente, die in der Steuerwelle beim Ventilöffnungsvorgang und Ventilschließvorgang des aktuellen Zylinders auftreten und deren Drehrichtungen umgekehrt zueinander sind, mit den Drehmomenten ausgeglichen werden, die in der Steuerwelle beim Ventilöffnungsvorgang und Ventilschließvorgang des nächsten Zylinders auftreten und deren Drehrichtungen umgekehrt zueinander sind. Folglich ist es möglich, die Spitze des an der Drehwelle auftretenden Drehmoments und das mittlere Drehmoment zu reduzieren. Somit kann auch für mehrere Zylinder die Änderungssteuerung von Ventilkennwerten durch ein Stellglied mit kleiner Kapazität vorgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird neben der o. g. Aufgabe zur weiteren Verringerung der Beanspruchung der Steuerwelle der Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels für jeden Zylinder so eingestellt, dass der nächste Zylinder einen Ventilöffnungsvorgang früher als zum Zeitpunkt der Erzeugung der Maximallast beginnt, die im Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels des aktuellen Zylinders auftritt, wenn die Schwenknocke in Ventilschließrichtung schwenkt, oder der aktuelle Zylinder einen Ventilschließvorgang später als zum Zeitpunkt der Erzeugung der Maximallast beendet, die auftritt, wenn die Schwenknocke des nächsten Zylinders in Ventilöffnungsrichtung schwenkt.
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Gemäß diesem Aufbau treten ferner neben der o. g. Aufgabe die Maximalwerte der Drehmomente des aktuellen Zylinders und des nächsten Zylinders an der Steuerwelle in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor zu Zeitpunkten auf, die zueinander gestaffelt sind. Somit ist es möglich, die Maximalwerte der an der Steuerwelle auftretenden Drehmomente zu reduzieren. Folglich kann die Änderungssteuerung von Ventilkennwerten durch ein Stellglied mit noch kleinerer Kapazität vorgenommen werden.
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Weitere angestrebte Wirkungen und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt und gehen aus der Beschreibung teils hervor oder lassen sich durch praktische Umsetzung der Erfindung erfassen. Die angestrebten Wirkungen und Vorteile der Erfindung können mittels der im Folgenden speziell angeführten Mittel und Kombinationen realisiert und erhalten werden.
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Die beigefügten Zeichnungen, die in die Anmeldung eingearbeitet sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung und der nachfolgenden näheren Beschreibung der Ausführungsformen zur Erläuterung der Erfindungsgrundsätze. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf, an dem eine variable Ventilvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung angeordnet ist;
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2 eine Querschnittansicht der variablen Ventilvorrichtung und des Zylinderkopfs an der Linie A-A in 1;
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3 eine Draufsicht auf die variable Ventilvorrichtung gemäß 2;
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4 eine explodierte Perspektivansicht der variablen Ventilvorrichtung gemäß 2;
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5 eine Querschnittansicht eines Zustands, in dem ein Kipphebel eine Grundkreiszone einer Nockenfläche bei der maximalen Ventilhubsteuerung der variablen Ventilvorrichtung gemäß 2 kontaktiert;
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6 eine Querschnittansicht der variablen Ventilvorrichtung, die den Kipphebel zeigt, der die Grundkreiszone kontaktiert, und auch eine Ventilansteuerkraft und eine auf einen Übertragungshebel wirkende Kraft bei der maximalen Ventilhubsteuerung zeigt;
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7 eine Querschnittansicht eines Zustands, in dem der Kipphebel die Grundkreiszone der Nockenfläche bei der minimalen Ventilhubsteuerung der variablen Ventilvorrichtung gemäß 2 kontaktiert;
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8 eine Querschnittansicht eines Zustands, in dem der Kipphebel eine Hubzone der Nockenfläche bei der minimalen Ventilhubsteuerung der variablen Ventilvorrichtung gemäß 2 kontaktiert;
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9 ein Diagramm von Leistungswerten der variablen Ventilvorrichtung gemäß 2;
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10 eine Ansicht zur Erläuterung von Verhaltensweisen einer Last, die auf einen Schwenkdrehpunkt des Übertragungshebels in einem Betrieb der ersten Ausführungsform mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl wirkt;
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11 ein Diagramm von Drehmomenten, die an einer Steuerwelle der ersten Ausführungsform auftreten;
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12 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf, an dem eine variable Ventilvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung angeordnet ist; und
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13 eine Querschnittansicht an der Linie B-B in 12, die die variable Ventilvorrichtung und den Zylinderkopf zeigt.
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Im Folgenden wird eine variable Ventilvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung anhand von 1 bis 11 erläutert.
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Anhand von 1 bis 3 wird der Zylinderkopf 1 erläutert. Auf einer Unterseite des Zylinderkopfs 1 sind jeweils Brennräume 2 von vier Zylindern 1a gebildet, die in einem Zylinderblock 1c hergestellt und in Reihe angeordnet sind. Zu beachten ist, dass nur ein Brennraum 2 in der Zeichnung dargestellt ist.
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In den Brennräumen 2 sind z. B. jeweils zwei Einlasskanäle 3 und Auslasskanäle 4 gebildet, d. h. ein Einlasskanalpaar 3 und ein Auslasskanalpaar 4. Ein Einlassventil 5, das den Einlasskanal 3 öffnet und schließt, und ein Auslassventil 6, das den Auslasskanal 4 öffnet und schließt, sind oben im Zylinderkopf 1 eingebaut. Für das Einlassventil 5 und Auslassventil 6 kommt jeweils ein normalerweise geschlossenes hin- und hergehendes Ventil zum Einsatz, das durch eine Ventilfeder 7 in Schließrichtung vorgespannt ist. Zu beachten ist, dass ein Kolben 1b im Zylinder 1a hin- und hergehend untergebracht ist. Der Kolben 1b ist in 2 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt.
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In 1 und 2 bezeichnet die Bezugszahl 8 z. B. ein Ventilbetätigungssystem vom Typ mit einzelner obenliegender Nockenwelle (SOHC), das am Oberteil des Zylinderkopfs 1 angeordnet ist. Das Ventilbetätigungssystem 8 steuert das Einlassventil 5 und Auslassventil 6 an.
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Die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Nockenwelle, die in Längsrichtung des Zylinderkopfs 1 oben auf dem Brennraum 2 drehbar angeordnet ist. Die Bezugszahl 11 bezeichnet eine Kipphebelwelle auf der Einlassseite, die auf der Einlasskanalseite drehbar angeordnet ist, wobei die Nockenwelle 10 unterhalb davon angeordnet ist. Die Kipphebelwelle 11 dient auch als Steuerwelle.
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Die Bezugszahl 12 bezeichnet eine Kipphebelwelle auf der Auslassseite, die auf der Auslasskanalseite angeordnet und befestigt ist. Die Bezugszahl 13 bezeichnet eine Stützwelle, die über den Kipphebelwellen 11 und 12 und näher an der Kipphebelwelle 12 als an der Kipphebelwelle 11 liegt. Die Kipphebelwellen 11 und 12 und die Stützwelle 13 sind alle durch Wellenteile konfiguriert, die parallel zur Nockenwelle 10 angeordnet sind.
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Die Nockenwelle 10 wird in Pfeilrichtung von 2 durch eine Kurbelwelle des Motors drehbar angetrieben. Zu beachten ist, dass die Kurbelwelle nicht gezeigt ist. An jedem Teil der Nockenwelle 10 sind eine Einlassnocke 15 und zwei Auslassnocken 16 für jeden Brennraum 2, d. h. für jeden Zylinder gebildet. Die Einlassnocke 15 entspricht der Nocke der Erfindung. Die Einlassnocke 15 ist oben über der Mitte des Brennraums 2 angeordnet. Die Auslassnocken 16 und 16 sind jeweils auf beiden Seiten der Einlassnocke 15 angeordnet.
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Auf der Auslassseitigen Kipphebelwelle 12 ist ein Auslassventil-Kipphebel 18 für jede Auslassnocke 16, d. h. jedes Auslassventil 6, gemäß 1 und 2 drehbar gelagert. Zudem ist an der Einlassseitigen Kipphebelwelle 11 eine variable Ventilvorrichtung 20 für jedes Paar Einlassnocken 15, d. h. für jedes Paar Einlassventile, angebaut.
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Der Kipphebel 18 überträgt einen Hub der Auslassnocke 16 zum Auslassventil 6. Die variable Ventilvorrichtung 20 überträgt einen Hub der Einlassnocke 15 zu den Einlassventilen 5 und 5. Infolge der Ansteuerung des Kipphebels 18 und der variablen Ventilvorrichtung 20 durch jede Nocke 15 und 16 werden vorbestimmte Verbrennungstakte, z. B. vier Takte, Einlasstakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Auslasstakt, im Zylinder 1a gekoppelt mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 1b durchlaufen. Zu beachten ist, dass die Bezugszahl 87 in 2 eine Zündkerze zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum 2 bezeichnet.
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Zur Erläuterung der variablen Ventilvorrichtung 20 gemäß 1 bis 4 weist die Vorrichtung 20 einen Kipphebel 25, einen Mittelkipphebel 35, einen Schwenkarm bzw. -hebel 45 und einen Stützmechanismus 70 auf. Der Kipphebel 25 wird durch die Kipphebelwelle schwenkbar gelagert.
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Die Schwenknocke 45 ist mit dem Kipphebel 25 kombiniert. Die Schwenknocke 45 entspricht der oszillierenden bzw. Schwenknocke der Erfindung.
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Der Mittelkipphebel 35 überträgt einen Hub der Einlassnocke 15 zur Schwenknocke 45. Der Mittelkipphebel 35 entspricht dem Übertragungshebel der Erfindung. Der Stützmechanismus 70 lagert den Mittelkipphebel 35 schwenkbar am Kipphebel 11.
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Gemäß 3 und 4 ist der Kipphebel 25 z. B. gegabelt. Insbesondere hat der Kipphebel 25 ein Paar Kipphebelwellen-Hebelstücke 29 und ein Rollenteil 30. Eine zylindrische Kipphebelwellen-Stütznabe 26 ist in der Mitte jedes Kipphebelstücks 29 gebildet.
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An einer Seite jedes Kipphebelstücks 29 ist eine Einstellschraubeneinheit 27 angebaut, die das Einlassventil ansteuert. Das Rollenteil 30 ist zwischen den anderen Enden der Kipphebelstücke 29 eingefügt. Das Rollenteil 30 ist eine Kontakteinheit der Erfindung.
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Zu beachten ist, dass die Bezugszahl 32 eine kurze Welle zum drehbaren Schwenken des Rollenteils 30 am Kipphebelstück 29 bezeichnet. Die Kipphebelwelle 11 ist in die Naben 26 eingesetzt und kann schwenken. Das Rollenteil 30 ist auf der Seite der Stützwelle 13 angeordnet, d. h. auf der Mittelseite des Zylinderkopfs 1.
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Die Einstellschraubeneinheiten 27 sind an den oberen Enden der Einlassventile 5, d. h. jeweils am Ventilschaftende des Einlassventils 5, angeordnet. Schwenkt der Kipphebel 25 um die Kipphebelwelle 11, werden die Einlassventile 5 angesteuert.
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Gemäß 2 bis 4 hat die Schwenknocke 45 einen Nabenabschnitt 46, einen Hebelabschnitt 47 und eine Aufnahmeeinheit 48. Der Nabenabschnitt 46 ist zylindrisch. Die Stützwelle 13 ist in den Nabenabschnitt eingesetzt und drehbar eingepaßt.
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Der Hebelabschnitt 47 erstreckt sich vom Nabenabschnitt 46 zum Rollenteil 30, d. h. zur Kipphebelwelle. Die Aufnahmeeinheit 48 ist am Unterteil des Hebelabschnitts 47 gebildet.
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Die vordere Endfläche des Hebelabschnitts 47 ist eine Nockenfläche 49, die einen Hub zum Kipphebel 25 überträgt. Die Nockenfläche 49 erstreckt sich in senkrechter Richtung. Die Nockenfläche 49 ist mit der Außenumfangsfläche des Rollenteils 30 des Kipphebels 25 drehbar in Kontakt gebracht. Später wird die Nockenfläche 49 näher beschrieben.
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Gemäß 4 weist die Aufnahmeeinheit 48 einen Vertiefungsabschnitt 51 und eine kurze Welle 52 auf. Der Vertiefungsabschnitt 51 ist am Unterseitenabschnitt des Unterteils des Hebelabschnitts 47 gebildet, der direkt über der Nockenwelle 10 liegt.
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Die kurze Welle 52 ist im Vertiefungsabschnitt 51 in gleicher Richtung wie die Nockenwelle 10 drehbar gelagert.
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Zu beachten ist, dass die Bezugszahl 53 einen Vertiefungsabschnitt bezeichnet, der auf dem Außenumfang des Abschnitts der kurzen Welle 52 gebildet ist und eine flache Bodenfläche hat.
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Gemäß 2 und 4 kommt für den Mittelkipphebel 35 ein im Wesentlichen L-förmiges Teil zum Einsatz. Der Mittelkipphebel 35 hat ein Drehkontaktelement, z. B. einen Nockenstößel 36, der mit der Nockenfläche der Einlassnocke 15 drehbar in Kontakt kommt, und eine rahmenförmige Haltereinheit 37, die den Nockenstößel 36 drehbar lagert.
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Insbesondere hat der Mittelkipphebel 35 einen Zwischenhebelabschnitt 38 und einen Drehpunkthebelabschnitt 39. Der Zwischenhebelabschnitt 38 erstreckt sich von der Haltereinheit 37 zu einer Stelle zwischen der oberen Kipphebelwelle 11 und der Stützwelle 13.
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Gemäß 5 bis 8 erstreckt sich der Drehpunkthebelabschnitt 39 von der Haltereinheit 37 zur Unterseite eines Wellenabschnitts 11c der Kipphebelwelle 11. Der Wellenabschnitt 11c liegt an einer Stelle zwischen dem Paar Kipphebelstücke 29 frei. Der Drehpunkthebelabschnitt 39 ist z. B. gegabelt.
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Am vorderen Ende, d. h. an der oberen Endfläche, des Zwischenhebelabschnitts 38 ist eine Gradienten- bzw. Neigungsfläche 40 als Ansteuerfläche gebildet. Die Neigungsfläche 40 neigt sich so, dass die Seite zur Kipphebelwelle 11 hin tiefer und die Seite zur Stützwelle 13 hin höher liegt. Das vordere Ende des Zwischenhebelabschnitts 38 ist in den Vertiefungsabschnitt 53 der Schwenknocke 45 eingesetzt. Damit ist der Mittelkipphebel 35 zwischen der Einlassnocke 15 und der Schwenknocke 45 eingefügt. Die Neigungsfläche 40 der Hebeleinheit 38 stößt gleitfähig an eine Aufnahmefläche 53a an, die an der Bodenfläche des Vertiefungsabschnitts 53 gebildet ist. Dadurch wird ein Hub der Einlassnocke 15 zur Schwenknocke 45 vom Zwischenhebelabschnitt 38 übertragen, während sie mit Gleitvorgängen einhergeht.
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Gemäß 2 und 4 hat der Stützmechanismus 70 eine Stützeinheit 77 und eine Einstelleinheit 80. Die Stützeinheit 77 hat einen Steuerhebel 72. Der Steuerhebel 72 lagert den Mittelkipphebel 35 schwenkbar. Die Einstelleinheit 80 stellt die Position des Mittelkipphebels 35 ein.
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Im Folgenden wird die Stützeinheit 77 erläutert. Ein Durchgangsloch 73 ist an einer unteren Umfangswand des Wellenabschnitts 11c gebildet. Der Durchgangslochabschnitt erstreckt sich in rechtwinkliger Richtung zur Achsmitte des Wellenabschnitts 11c. Der Steuerhebel 72 ist so gebildet, dass er einen Stababschnitt 74 mit kreisförmigem Querschnitt, ein scheibenförmiges Stiftverbindungsstück 75, das an einem Ende des Stababschnitts 74 gebildet ist, und ein Stützloch 75a hat, das am Stiftverbindungsstück 75 gebildet ist.
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Das Stützloch 75a ist in 4 gezeigt. Das Ende des Stababschnittes 74 ist von unten in das Durchgangsloch 73 des Wellenabschnitts 11c eingesetzt. Zu beachten ist, dass sich der eingesetzte Stababschnitt 74 in Axialrichtung bewegen und in Umfangsrichtung drehen kann. Das Ende des Stababschnitts 74 trifft auf eine Komponente der später beschriebenen Einstelleinheit 80.
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Das Stiftverbindungsstück 75 ist in den Drehpunkthebelabschnitt 39 eingesetzt. Ein Stift 42 ist in die Hebeleinheit 39 und das Stützloch 75a eingesetzt, wodurch sich das vordere Ende des Drehpunkthebelabschnitts 39 und das Ende des Steuerhebels 72, das vom Wellenabschnitt 11c vorsteht, in Vorstehrichtung drehbar miteinander verbinden können, d. h. in rechtwinkliger Richtung zur Achsmitte der Nockenwelle 10 der Einlassnocke 15.
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Da der Drehpunkthebelabschnitt 39 und der Steuerhebel 72 miteinander verbunden sind, schwenkt der Mittelkipphebel 35 unter Verwendung des Stifts 42 als Drehpunkt nach oben und unten, mit der Einlassnocke 45. Gekoppelt mit der Bewegung des Mittelkipphebels 35 wird die Schwenknocke 45 periodisch geschwenkt, wobei die Stützwelle 13 als Drehpunkt dient, die kurze Welle 52 als Lastangriffspunkt dient, d. h. als Punkt, auf den eine Last vom Mittelkipphebel 35 wirkt, und die Nockenfläche 49 als Kraftangriffspunkt dient, d. h. als Punkt, mit dem der Kipphebel 25 angesteuert wird.
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Zu beachten ist, dass der Kipphebel 25, der Mittelkipphebel 35 und die Schwenknocke 45 durch eine Vorspanneinrichtung, z. B. einen Drücker 86, in einer Richtung so gegenseitig vorgespannt sind, dass sie in engen Kontakt miteinander kommen, um eine ungestörte Bewegung zu gewährleisten.
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Gemäß 1 und 4 ist z. B. ein Steuermotor 43 als Stellantrieb mit dem Ende der Kipphebelwelle 11 verbunden. Die Kipphebelwelle 11 wird durch den Steuermotor 43 angetrieben oder um die Achsmitte gedreht. Durch diese Drehung der Kipphebelwelle 11 kann der Steuerhebel 72 aus einer im Wesentlichen senkrechten Lage, z. B. gemäß 5 und 6, in eine Lage verstellt werden, die zur Nockenwellen-Drehrichtung gemäß 7 und 8 stark geneigt ist.
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Der Mittelkipphebel 35 wird aufgrund dieser Lageänderung des Steuerhebels 72 in die Richtung bewegt, d. h. verschoben, die die Axialrichtung des Schaftabschnitts 11c schneidet. Das heißt, gemäß 5 bis 8 kann die Position, an der der Nockenstößel 36 in Rollkontakt mit der Einlassnocke 15 kommt, in Nockenwellenwinkelrichtung nach früh oder Nockenwellenwinkelrichtung nach spät verstellt werden.
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Da die Drehkontaktposition variabel ist, wird auch die Lage der Nockenfläche 49 der Schwenknocke 45 variiert. Damit können Öffnungs- und Schließzeit, Ventilöffnungsdauer und Ventilhubvolumen des Einlassventils 5 gleichzeitig und kontinuierlich variiert werden.
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Für die Nockenfläche 49 kommt insbesondere eine Krümmung zum Einsatz, die den Abstand von der Mitte z. B. der Stützwelle 13 variiert. Gemäß 2 hat die Nockenfläche 49 eine Grundkreiszone α und eine Hubzone β. Die Kreiszone α ist die Oberseite der Nockenfläche 49. Die Grundkreiszone α ist eine Kreisbogenfläche, die um die Achsmitte der Stützwelle 13 zentriert ist.
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Die Hubzone β ist das Unterseitenteil der Nockenfläche 49. Die Hubzone β hat einen ersten Abschnitt γ1 und einen zweiten Abschnitt γ2. Der erste Abschnitt γ1 erstreckt sich von der Grundkreiszone α und krümmt sich in Gegenrichtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der sich die Grundkreiszone α krümmt. Der zweite Abschnitt γ2 erstreckt sich vom ersten Abschnitt γ1. Der zweite Abschnitt γ2 krümmt sich in Gegenrichtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der sich der erste Abschnitt γ1 krümmt. Insbesondere ist die Grundhubzone β eine Kreisbogenfläche ähnlich einer Nockenform einer Hubfläche, z. B. der Einlassnocke 15.
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Der Schwenkbereich der Schwenknocke 45 wird variiert, wenn die Drehkontaktposition, an der der Nockenstößel 36 in Drehkontakt mit der Einlassnocke 15 steht, in Nockenwellenwinkelrichtung früh oder spät der Einlassnocke 15 verschoben wird. Bei Variation des Schwenkbereichs der Schwenknocke 45 wird der Bereich der Nockenfläche 49 variiert, mit dem das Rollenteil 30 in Kontakt kommt. Insbesondere ist beabsichtigt, dass das Verhältnis der Grundkreiszone α und der Hubzone β variiert wird, wo das Rollenteil 30 kommt und geht, während die Phase der Einlassnocke 15 in Nockenwellenwinkelrichtung früh oder Nockenwellenwinkelrichtung spät verschoben wird.
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An die Einstelleinheit 80 ist ein Aufbau zum Stützen des Endes des eingesetzten Steuerhebels 72 durch ein Schraubteil 82 angepaßt, was z. B. in 2 bis 4 gezeigt ist. Insbesondere wird das Schraubteil 82 von einem Punkt entgegengesetzt zum Durchgangsloch 73 im Wellenabschnitt 11c so eingeschraubt, dass es sich frei vor- und zurückbewegt. Das heißt, das Schraubteil 82 ist von der oberen Umfangswand des Wellenabschnitts 11c her eingeschraubt. Das Einsatzende des Schraubteils 82 trifft auf das Ende des Steuerhebels 72 auf halbem Weg im Durchgang 73 und stützt den Steuerhebel 72.
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Infolgedessen variiert eine Drehbetätigung des Schraubteils 82 die Rate, mit der der Stababschnitt 74 vom Wellenteil 11c vorsteht. Die Länge des vorstehenden Abschnitts des Stababschnitts 74 wird variiert. Bei Variation der Rate, mit der der Stababschnitt 74 vorsteht, wird die Drehkontaktposition des Nockenstößels 36 variiert, mit dem die Einlassnocke 15 in Kontakt kommt. Auf der Grundlage der Änderungen der Drehkontaktposition des Nockenstößels 36, mit dem die Einlassnocke 15 in Kontakt kommt, werden die Ventilöffnungszeit und Ventilschließzeit des Einlassventils 5 eingestellt.
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Die Bezugszahl 83 bezeichnet z. B. einen Kreuzschlitz auf der oberen Endfläche des Schraubteils 82 zur Drehbetätigung des Schraubteils 82. Die Bezugszahl 84 bezeichnet eine Sicherungsmutter, die auf das Ende des Schraubteils 82 aufgeschraubt ist. Die Bezugszahl 84a bezeichnet eine Kerbe, die eine Auflagefläche der Sicherungsmutter 84 bildet.
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Anhand von 5 bis 8 wird der Betrieb der variablen Ventilvorrichtung 20 diskutiert, die man durch die zuvor beschriebene Konfiguration erhält. Angenommen sei, dass durch den Betrieb eines Motors die Nockenwelle 10 in Pfeilrichtung von 2 gedreht wird.
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In diesem Fall kontaktiert der Nockenstößel 36 des Mittelkipphebels 35 die Einlassnocke 15 und wird durch das Nockenprofil der Nocke 15 verlaufsgesteuert. Dadurch schwenkt der Mittelkipphebel 35 in senkrechter Richtung, wobei der Stift 42 den Schwenkdrehpunkt festlegt.
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Die Aufnahmefläche 53a der Schwenknocke 45 empfängt den Schwenkhub des Mittelkipphebels 35 über die Neigungsfläche 40. Da die Aufnahmefläche 53a und die Neigungsfläche 40 gleitfähig sind, wiederholt die Schwenknocke 45 die Schwenkbewegung, bei der sie durch die Neigungsfläche 40 beim Gleiten auf der Neigungsfläche 40 nach oben gedrückt oder abgesenkt wird. Durch das Schwenken der Schwenknocke 45 kann sich die Nockenfläche 49 in senkrechter Richtung hin- und herbewegen.
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Da in diesem Fall die Nockenfläche 49 mit dem Rollenteil 30 des Kipphebels 25 in drehbarem Kontakt steht, drückt die Nockenfläche 49 periodisch auf das Rollenteil 30. Der Kipphebel 25 schwenkt, wenn Druck auf ihn ausgeübt wird, und öffnet oder schließt des Paar Einlassventile 5 mit der Kipphebelwelle 11 als Lagerpunkt.
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Nunmehr sei angenommen, dass durch Betätigung eines Gaspedals der Motor mit hoher Drehzahl betrieben wird. Nachdem der Motor 43 als Stellglied ein Beschleunigungssignal empfängt, dreht der Motor 43 die Kipphebelwelle 11 und dreht den Steuerhebel 72 zu dem Punkt, an dem z. B. das maximale Ventilhubvolumen gewährleistet ist, an dem z. B. der Steuerhebel 72 die senkrechte Lage gemäß 5 und 6 erreicht.
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Dann verschiebt sich der Mittelkipphebel 35 in Drehrichtung an der Einlassnocke 15 als Reaktion auf die Drehung des Steuerhebels 72. Folglich wird die Position, an der der Mittelkipphebel 35 mit der Einlassnocke 15 in Drehkontakt kommt, in Nockenwellenwinkelrichtung spät an der Einlassnocke 15 verstellt. Daher ist die Nockenfläche 49 der Schwenknocke 45 an der Position festgelegt, an der die Nockenfläche 49 der Schwenknocke 45 einen Winkel nahe der Senkrechten gemäß 5 und 6 erreicht.
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Durch die Lage der Nockenfläche 49 wird ein Bereich, in dem das Rollenteil 30 der Nockenfläche 49 gemäß 5 und 6 kommt und geht, auf einen Bereich eingestellt, der das maximale Ventilhubvolumen ergibt, d. h. auf die kürzeste Grundkreiszone α und die längste Hubzone β. Das heißt, der Kipphebel 25 wird durch den Nockenflächenabschnitt gesteuert, der aus der schmalsten Grundkreiszone α und der längsten Hubzone β besteht. Somit wird das Einlassventil 5 mit dem maximalen Ventilhubvolumen gemäß Kurve A1 von z. B. 9 und ferner mit einer Öffnungs- und Schließzeit geöffnet und geschlossen, die dem Einlasstakt folgt.
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Bei Durchführung eines Betriebs mit niedriger und mittlerer Drehung dreht zudem der Antrieb des Steuermotors 43 die Kipphebelwelle 11 in die Richtung, in der der Stift 42 nahe der Einlassnocke 15 gemäß 7 und 8 liegt. Als Reaktion auf die Drehung der Kipphebelwelle 11 bewegt sich dann der Mittelkipphebel 35 an der Einlassnocke 15 zur Vorderseite der Drehrichtung. Als Ergebnis ist die Drehkontaktposition zwischen dem Mittelkipphebel 35 und der Einlassnocke 15 in Nockenwellenwinkelrichtung früh an der Einlassnocke 15 gemäß 7 und 8 verstellt. Durch die Änderung dieser Drehkontaktposition wird die Ventilöffnungszeit der Nockenphase beschleunigt. Zudem gleitet die Neigungsfläche 40 aus der Anfangsposition in Nockenwellenwinkelrichtung früh auf der Aufnahmefläche 53a als Reaktion auf die Verschiebung des Mittelkipphebels 35.
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Durch die Verschiebung des Mittelkipphebels 35 in diesem Fall ändert die Schwenknocke 45 die Lage so, dass die Nockenfläche 49 gemäß 7 und 8 nach unten gekippt ist. Mit zunehmender Neigung wird der Bereich der Nockenfläche 49, in dem das Rollenteil 30 kommt und geht, zu einem Bereich überführt, in dem die Grundkreiszone α allmählich zunimmt und die Hubzone β allmählich abnimmt.
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Da das Nockenprofil der variierten Nockenfläche 49 zum Rollenteil 30 übertragen wird, wird der Kipphebel 25 schwenkbar angesteuert, während die Ventilöffnungszeit vorverlegt ist.
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Folglich wird das Einlassventil 5 vom maximalen Ventilhubvolumen A1 gemäß z. B. 9 auf das minimale Ventilhubvolumen A6 an dem Punkt gesteuert, an dem der Steuerhebel 72 maximal gekippt ist. Das heißt, das Einlassventil 5 hält die Zeit zum Öffnen des Ventils mit der maximalen Ventilhubdauer vom hochtourigen Betrieb zum niedertourigen Betrieb des Motors im Wesentlichen gleich. Das Ventilhubvolumen wird kontinuierlich variiert, wobei die Ventilschließzeit beim niedrigen Ventilhubvolumen stark variiert wird. Der Motor 100 ist ein 4-Zylinder-Motor, und natürlich wird die Kipphebelwelle 11, d. h. die Steuerwelle, für die Zylinder gemeinsam verwendet. Dadurch findet diese Art von Kennwertvariation des Einlassventils 5 an allen Zylindern 1a statt.
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Für die Kipphebelwelle 11 und den Mittelkipphebel 35, die Ventilphasen beschreibungsgemäß variieren, sind Vorkehrungen getroffen, um Beanspruchungen infolge der Last zu reduzieren, die auf diese Komponenten wirkt.
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Zu diesen Vorkehrungen gehört eine Technik, bei der gemäß 10 im Motorbetrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl die Maximallast zur Ventilöffnungszeit und die Maximallast zur Ventilschließzeit so beschaffen sind, dass sie abwechselnd auf die Kipphebelwelle 11 und den Schwenkdrehpunkt S1, d. h. die Schwenkmitte des Mittelkipphebels 35, wirken. Zu beachten ist, dass A1 und seine Umgebung in 9 die Kennwerte des Motors darstellen, der den Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl vollführt.
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Für diese Technik kommt ein Aufbau zum Einsatz, bei dem im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl gemäß 6 eine Richtung der Last, d. h. eine Richtung α3, die auf den Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 nahe dem Maximalhub wirkt, im wesentlichen parallel zu einer Linie L3 angeordnet ist, die den Schwenkdrehpunkt S1 und eine Mitte S2 der Kipphebelwelle 11, d. h. der Steuerwelle, verbindet.
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Zu beachten ist, dass α3 in 6 eine Last ist, die auf den Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 im Moment des Maximalhubs wirkt. Bei α3 handelt es sich um die resultierende Kraft einer Last α1, die in senkrechter Richtung L1 auf die Oberfläche auftritt, wo die Einlassnocke 15 und der Mittelkipphebel 35 in Kontakt kommen, und einer Last β1, die in senkrechter Richtung auf die Oberfläche auftritt, wo der Mittelkipphebel 35 und die Schwenknocke 45 in Kontakt kommen.
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Die Richtung und Größe der Last α3 ändern sich kontinuierlich, während die Schwenknocke 45 schwenkt. Im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl gemäß 10 ändert sich die im Schwenkdrehpunkt auftretende Last, d. h. der verlauf der Last α3 in 6, von Q1 zu Q2, wenn die Schwenknocke 45 im Zusammenhang mit dem Hub der Einlassnocke 15 schwenkt.
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Dreht die Schwenknocke 45 in Ventilöffnungsrichtung, wirkt die Maximallast auf den Schwenkdrehpunkt S1 von der Drehmitte S2 der Kipphebelwelle 11 zu einer Seite, d. h. der rechten Seite gemäß dem Verlauf Q1.
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Dreht die Schwenknocke 45 in Ventilschließrichtung, wirkt eine Last auf den Schwenkdrehpunkt S1 von einer Drehmitte S2 der Kipphebelwelle 11 zur anderen Seite, d. h. zur linken Seite gemäß dem Verlauf Q2.
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Angeordnet sind der Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 und die Drehmitte S2 der Kipphebelwelle 11 im Gebiet zwischen der Richtung T1 einer Komponente, die die Kipphebelwelle 11 mit einer Maximallast P1 infolge des Verlaufs Q1 dreht, d. h. einer Maximallast, die im Schwenkdrehpunkt S1 auftritt, wenn die Schwenknocke 45 in Ventilöffnungsrichtung dreht, und der Richtung T2 einer Komponente, die die Kipphebelwelle 11 mit einer Maximallast P2 infolge des Verlaufs Q2 dreht, d. h. einer Maximallast, die im Schwenkdrehpunkt S1 auftritt, also einem Abwechslungsgebiet R gemäß 10, in dem sich die Lastrichtungen abwechselnd umkehren, um abwechselnd auf den Schwenkdrehpunkt S1 im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl zu wirken.
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Durch diese Anordnung wirkt nicht die resultierende Kraft der Last in Ventilöffnungsrichtung und der Last in Ventilschließrichtung, sondern eine der Lasten wirkt abwechselnd auf die Kipphebelwelle 11 im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl. Mit diesem Aufbau tritt ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn in der Kipphebelwelle 11 auf, wenn die Schwenknocke 45 in Ventilöffnungsrichtung dreht, und ein Drehmoment im Uhrzeigersinn tritt in der Kipphebelwelle 11 auf, wenn die Schwenknocke 45 in Ventilschließrichtung dreht. Zu beachten ist, dass entgegen dem Uhrzeigersinn als positiv gilt. Im Uhrzeigersinn ist als negativ angenommen.
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Der Schwenkdrehpunkt S1 und die Drehmitte S2 sind an einer Position angeordnet, an der die Last in Richtung T1, in der das maximale Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn an der Kipphebelwelle 11 erzeugt wird, und die Last in Richtung T2, in der das maximale Drehmoment im Uhrzeigersinn an der Kipphebelwelle 11 erzeugt wird, im wesentlichen gleich sind, so dass die auf die Kipphebelwelle 11 wirkenden Drehmomente im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl im wesentlichen gleich werden.
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Damit ferner positive und negative Drehmomente je Zylinder, die in der Kipphebelwelle 11 auftreten, an der gemeinsamen Kipphebelwelle 11 ausgeglichen werden, ist der Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl an einer Position angeordnet, an der die Richtung des Drehmoments der Kipphebelwelle 11, das auftritt, wenn die Schwenknocke 45 des nächsten Zylinders in Ventilöffnungsrichtung schwenkt, umgekehrt zum Drehmoment der Kipphebelwelle 11 wird, das auftritt, wenn die Schwenknocke 45 des aktuellen Zylinders in Ventilschließrichtung schwenkt.
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Ferner ist gemäß 11 im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl der Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 so angeordnet, dass das Ventil des nächsten Zylinders früher öffnet, d. h. der nächste Zylinder den Ventilöffnungsvorgang früher als zum Zeitpunkt der Erzeugung der Maximallast beginnt, die im Schwenkdrehpunkt S1 des aktuellen Zylinders auftritt, wenn die Schwenknocke 45 in Ventilschließrichtung schwenkt, oder das Ventil des aktuellen Zylinders später schließt, d. h. der aktuelle Zylinder den Ventilschließvorgang später als zum Zeitpunkt der Erzeugung der Maximallast beendet, die auftritt, wenn die Schwenknocke 45 des nächsten Zylinders in Ventilöffnungsrichtung schwenkt.
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Im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl, in dem Ventilkennwerte nahe A1 und A2 in 9 liegen, ist die Position der Drehmitte S2 der Kipphebelwelle 11 zum Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 so angeordnet, dass die Komponente, die die Kipphebelwelle mit der Maximallast P1 dreht, die beim Öffnen des Ventils auftritt, und die Komponente, die die Kipphebelwelle 11 mit der Maximallast P2 dreht, die beim Schließen des Ventils auftritt, im wesentlichen ausgeglichen sind.
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Folglich können die Maximallast in Richtung T1, die an der Kipphebelwelle 11 beim Öffnen des Ventils auftritt, und die Maximallast in Richtung T2, die an der Kipphebelwelle 11 beim Schließen des Ventils auftritt, klein sein, weshalb das auf die Kipphebelwelle 11 wirkende Drehmoment klein sein kann.
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Folglich läßt sich durch eine einfache Anordnung und einen einfachen Aufbau des Schwenkdrehpunkts S1 des Mittelkipphebels 35 und der Drehmitte S2 der Kipphebelwelle 11 durch übermäßige Last verursachte Torsionsverformung der Kipphebelwelle 11 unterdrücken. Somit lassen sich die eingestellten Ventilkennwerte reproduzieren, die Motorausgabe verbessern und der Kraftstoffverbrauch senken.
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Da zudem die Beanspruchungen des Schwenkdrehpunkts S1 des Mittelkipphebels 35 und der Kipphebelwelle 11, d. h. der Steuerwelle, unterdrückt sind, brauchen keine sehr starren Teile oder Komponenten für den Schwenkdrehpunkt S1 und die Kipphebelwelle 11 verwendet zu werden, und das Randgebiet der Welle 11 mit der Kipphebelwelle 11 kann kompakt gestaltet sein.
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Weiterhin braucht das Stellglied zum Drehen der Kipphebelwelle 11, hier der Steuermotor 43, nur ein Motor zu sein, der ein ausreichendes Drehmoment erzeugen kann, um die größere Drehmomentkomponente der Lasten P1, P2 zu überwinden, und dieser Zweck läßt sich mit einem kleinen Motor erreichen.
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Außerdem wirken die Maximallasten P1, P2 als Biegelasten usw. auf die Kipphebelwelle 11 und den Stützmechanismus 70, insbesondere den Steuerhebel 72. Allerdings ist die Position der Drehmitte S2 der Kipphebelwelle 11 so angeordnet, dass die Komponente, die die Kipphebelwelle 11 mit der Maximallast P1 dreht, die beim Öffnen des Ventils auftritt, und die Komponente, die die Kipphebelwelle 11 mit der Maximallast P2 dreht, die beim Schließen des Ventils auftritt, im wesentlichen ausgeglichen sind. Dadurch ist es möglich, die Querschnittform der Kipphebelwelle 11 im Wesentlichen symmetrisch zu L3 zu gestalten, die S1 und S2 verbindet.
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Somit kann die Querschnittform der Kipphebelwelle 11 kompakt sein, indem die passendste Form gewählt wird, die für beide Maximallasten P1, P2 geeignet ist. Im Hinblick auf den Steuerhebel 72 kann zudem auf die gleiche Weise die Biegelast minimiert werden, so dass sich Hubänderungen infolge von Ablenkung und Schwingungsverschleiß der Halteabschnitte verhindern lassen und eine kompakte Gestaltung erreicht werden kann.
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Insbesondere kommt ein Aufbau zum Einsatz, bei dem die variable Ventilvorrichtung 20 mit Hilfe der gemeinsamen Kipphebelwelle 11, d. h. der Steuerwelle, für jeden Zylinder angesteuert wird. In diesem Fall ist gemäß 10 der Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 an der Position angeordnet, an der die Richtung des Drehmoments der Kipphebelwelle 11, das auftritt, wenn die Schwenknocke 45 des nächsten Zylinders in Ventilöffnungsrichtung schwenkt, umgekehrt zum Drehmoment der Kipphebelwelle 11 wird, das auftritt, wenn die Schwenknocke 45 des aktuellen Zylinders in Ventilschließrichtung schwenkt.
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Aus diesem Grund sind gemäß 11 hinsichtlich des positiven und negativen Drehmoments, d. h. des in der Kipphebelwelle 11 auftretenden Drehmoments im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn, das Drehmoment für den vorherigen Zylinder gemäß einer dünnen Linie in 11, das Drehmoment für den aktuellen Zylinder gemäß einer gestrichelten Linie und das Drehmoment des nächsten Zylinder gemäß einer dünnen gestrichelten Linie gegenseitig ausgeglichen.
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Im Hinblick auf das Drehmoment an der Kipphebelwelle 11 tritt somit nur ein Drehmoment auf, dessen Drehmomentspitze niedrig ist, was beim Drehmoment gemäß einer fetten Linie in 11 gezeigt ist, und dessen mittlerer Drehmomentwert klein ist. Folglich sind die Beanspruchungen der Kipphebelwelle 11, d. h. die Beanspruchungen der Steuerwelle, und des Steuermotors 43 auch in einem Mehrzylindermotor gering.
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Weiterhin ist gemäß 11 das Ventil des nächsten Zylinders so eingestellt, dass es früher als zum Zeitpunkt der Erzeugung der Maximallast der Kipphebelwelle 11 schließt, die auftritt, wenn das Ventil des aktuellen Zylinders schließt, oder das Ventil des aktuellen Zylinders ist so eingestellt, dass das Ventil später als zum Zeitpunkt der Erzeugung der Maximallast schließt, die auftritt, wenn das Ventil des nächsten Zylinders öffnet. Infolge dessen ist es möglich, die Maximalwerte jeweiliger Lasten wie der Maximallast für den vorherigen Zylinder, der Maximallast für den aktuellen Zylinder und der Maximallast für den nächsten Zylinder zu reduzieren, weshalb die Beanspruchungen der Kipphebelwelle 11, d. h. der Steuerwelle, und des Steuermotors 43 noch kleiner sein können.
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Eine Lastrichtung, die auf den Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 wirkt, wenn sich das Einlassventil 5 nahe seinem Maximalhub befindet, und eine Linie, die den Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 und die Drehmitte S2 der Kipphebelwelle 11 verbindet, sind im wesentlichen parallel zueinander. Bei diesem Aufbau sind im Betrieb mit hohem Ventilhub und hoher Drehzahl die Drehmitte der Kipphebelwelle 11 und der Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 zwischen einer Richtung einer Komponente, die die Kipphebelwelle 11 mit einer Last dreht, die im Schwenkdrehpunkt S1 des Mittelkipphebels 35 auftritt, wenn die Schwenknocke 45 in Ventilöffnungsrichtung schwenkt, und einer Richtung einer Komponente problemlos angeordnet, die die Kipphebelwelle 11 mit einer dazu entgegengesetzten Last dreht, die auftritt, wenn die Schwenknocke 45 in Ventilschließrichtung schwenkt.
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Im Folgenden wird anhand von 12 und 13 eine variable Ventilvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Zu beachten ist, dass die Konfigurationen mit den gleichen Funktionen wie in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht nochmals beschrieben werden.
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In dieser Ausführungsform besteht der Unterschied darin, dass die variable Ventilvorrichtung 20 auf der Auslassseite vorgesehen ist. Andere Aufbauten können denen in der ersten Ausführungsform gleichen. Im Folgenden wird der Unterschied näher beschrieben.
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Gemäß 12 und 13 ist die Kipphebelwelle 12 der Auslassseite mit der variablen Ventilvorrichtung 20 für jedes Paar Auslassnocken 16, d. h. jedes Paar Auslassventile 6, versehen. Ein Kipphebel 18a für den Einlass ist durch die Kipphebelwelle 11 des Einlassventils für jede Einlassnocke 15, d. h. jedes Einlassventil 5, drehbar gelagert. Auch diese Ausführungsform kann für die gleichen vorteilhaften Effekte wie in der ersten Ausführungsform sorgen.
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Zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene erste und zweite Ausführungsform beschränkt ist und dass die Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein kann, ohne von ihrem Grundgedanken oder ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Beispielsweise kommt in der o. g. Ausführungsform der Aufbau zum Einsatz, bei dem die Kipphebelwelle auf der Einlassseite auch als Steuerwelle verwendet wird. Gleichwohl kann auch ein Aufbau so beschaffen sein, dass eine Steuerwelle gesondert verwendet wird.
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Ferner ist in der ersten und zweiten Ausführungsform die Erfindung auf einen Motor vom Typ mit einem Ventilbetätigungssystem mit obenliegender Nockenwelle (SOHC) angewendet. Für das Ventilbetätigungssystem mit obenliegender Nockenwelle wird ein Aufbau verwendet, bei dem das Einlassventil und Auslassventil durch eine Nockenwelle angesteuert werden. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Erfindung kann auf einen Motor mit einem Ventilbetätigungssystem vom Typ mit zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC) angewendet sein. Für das Ventilbetätigungssystem mit zwei obenliegenden Nockenwellen kommt ein Aufbau zum Einsatz, der eine Nockenwelle ausschließlich für die Einlassseite und eine weitere Nockenwelle ausschließlich für die Auslassseite hat.